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Biofilmbeseitigung

Hygiene auf dem Handydisplay

| Autor/ Redakteur: Ines Schedwill, Annett Arnold* / Christian Lüttmann

Man sieht sie nicht, und doch sind sie da: Biofilme bieten Bakterien besonderen Schutz, z.B. auf Touchscreens oder Fingerprint-Sensoren. Am Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) haben Forscher deshalb eine Displaytechnologie entwickelt, mit der sich Biofilme zielgerichtet bekämpfen lassen sollen.

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Fingerprintsensoren basierend auf der biderektionalen Displaytechnologie des FEP
Fingerprintsensoren basierend auf der biderektionalen Displaytechnologie des FEP
(Bild: Claudia Jacquemin/FEP)

Dresden – Man findet sie überall – am Duschvorhang, in Rohrleitungen oder am Wasserhahn. Biofilme können sich auf nahezu jeder Oberfläche bilden, sofern die Versorgung mit Feuchtigkeit stimmt. Das Wort Biofilm bezeichnet eine Ansammlung von Mikroorganismen, bei der die Bakterien in enger Gemeinschaft innerhalb einer schleimartigen Substanz zusammenleben. Da sie sehr hartnäckig sind, stellen sie in vielen Bereichen des täglichen Lebens ein bisher ungelöstes Problem dar.

Besonders in der Medizin besteht durch das Wachstum von Biofilmen auf Implantaten und Kathetern ein hohes Infektionsrisiko. Tatsächlich gibt es in über 60% der Infektionskrankheiten kein wirksames Vorgehen gegen die Erreger, da sie durch den Biofilm geschützt sind. Und nicht nur vor antimikrobiellen Substanzen wie Antibiotika und Desinfektionsmittel schützt der Biofilm die Bakterien. Der Schutzschild macht sie auch gegenüber mechanischen Einwirkungen deutlich resistenter.

Antibakterielle Schicht fürs Smartphone

Typische Orte für unerwünschte Biofilme sind auch Touch-Displays oder Fingerprint-Sensoren, deren Oberfläche täglich und tausendfach von Fingern berührt wird. Durch Schweißabsonderungen werden Biofilme generiert und diese zudem durch die verschiedensten Milieus mikrobiell verstärkt. Die Gefahr der Keimübertragung von Nutzer zu Nutzer ist dabei hoch. Bisher gibt es kein Verfahren, mit denen Biofilme gezielt inaktiviert werden können. Das Fraunhofer-Institut für Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) hat sich deshalb mit einem neuartigen Ansatz zur automatisierten Detektion und Inaktivierung von Biofilmen beschäftigt.

Das Projekt „BiClean“ setzt am Beispiel der Fingerprint-Sensoren an. Dabei haben die Forscher eine Methode entwickelt, die Biofilme erkennen und beseitigen soll, um die Gefahr der Übertragung pathogener Keime zu unterbinden. Dafür wurden spezielle Displays mit Titandioxid (TiO2) bzw. TiO2-haltigen Schichtkombinationen beschichtet. In Kombination mit Licht entfaltet das Titandioxid seine antibakterielle Wirkung: Der Biofilm kann somit inaktiviert werden.

In zwei Schritten gegen Biofilme

Die Forscher nutzen aber nicht einfach nur eine TiO2-Schicht, sondern auch moderne Technik in Form von bidirektionalen Displays beim Kampf gegen Biofilme. Diese speziellen Displays können sowohl Licht oder Inhalte aussenden, als auch das zurückfallende Licht über eine integrierte Kamerafunktion detektieren und auswerten. Die Bidirektionalität ermöglicht es damit, den Zustand der Oberfläche durch das Gerät selbst erfassen zu lassen. So ist es möglich, die Bildung von Biofilmen zu detektieren, um dann abhängig vom Verschmutzungsgrad ein Reinigungsintervall anlaufen zu lassen.

„Die Idee der Biofilmbekämpfung basiert auf zwei Schritten“, sagt Dr. Gaby Gotzmann, Leiterin der Gruppe „Hygienisierung, Sterilisation und Biofunktionalisierung“ am FEP. „Im ersten Schritt wird die Oberflächenverschmutzung mittels Detektorfunktion analysiert. Liegt eine Verschmutzung vor, wird im zweiten Schritt durch Lichtemission – und nur nach Bedarf – eine chemische Reaktion auf der Oberfläche ausgelöst, wodurch Biofilme inaktiviert werden können.“

Anwendung in Photovoltaik und Medizin

Die späteren Anwendungsfelder der Idee sind nach Aussage der Fraunhofer Forscher vielfältig – von der effektiven Reinigung von Solar- und Photovoltaikanlagen, über die Reinigung von Trinkwasserleitungen und flüssigkeitsführenden Systemen, bis hin zur Biofilmbeseitigung auf Kathetern bietet sich ein weitreichendes Marktpotenzial.

* I. Schedwill, A. Arnold, Fraunhofer-Inst. für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, 01109 Dresden

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